预应力锚索框架梁在路基高边坡防护中的应用

刘杰LIU Jie

（广东冠粤路桥有限公司，广州511400）

0 引言

随着我国各地高速公路事业的高速发展，大部分地区的高速公路骨架网已经建成，高速公路运营迎来了更多机遇，同时也面临很多挑战，其中地质灾害问题不容忽视。在高速公路运营期间，边坡地质灾害治理是重要内容，受到降水、受力情况、以及软弱结构的影响，在实际施工过程中势必要从工程实际情况出发，通过对施工地区地形地貌以及地质情况的分析，科学引入预应力锚索框架支护技术，借由该技术，提升公路边坡结构的稳定性，改善其受力条件，并提升岩土体强度、减小坡岩土体的变形，使其能够满足施工标准和质量要求。

1 工程概况

本文所研究案例为河惠莞高速公路河源紫金至惠州惠阳路段，公路贯穿河源、惠州、东莞三市，在三个地区的经济建设与交通事业中发挥着不可取代的作用。在项目建成之后，大大的改善了山区落后的交通现状，促进了地方特色经济发展，为新的经济增长点提供了有力支持，同时促进了地方优势互补与协调发展。本项目主线设计车速为100千米/小时，为双向六车道，路基标准断面宽度为33.5米，共有8座桥梁，在合同段中包括路基高边坡18处，其中包含九和南互通1处，并且地势结构、周围环境都比较复杂，区内断裂构造发育，边坡岩体结构容易破碎，节理裂隙发育，对边坡稳定性带来了一定影响。路基开挖之后，形成了临空面，进而导致坡脚应力比较集中，边坡岩体在自重及片理节理、断裂碎片带等因素的影响下，可以会导致边坡出现滑塌、失稳的情况。

2 不良地质特征形成机理分析

2.1 地质地形因素

本文研究项目所在区域地层由侏罗纪系蓝塘统粉砂岩、泥页岩、局部沟冲河谷分布第四系沉积岩组成，因此，岩层变形破坏严重，岩体中布满纹理裂缝，并且受到构造运动的影响，各级结理裂隙发育完全，主要表现为分化裂隙以及构造节理，这在一定程度上破坏了岩体的完整性，进行开挖的过程中，一旦控制不好，就以出现崩塌、塌方等危险。

本项目所在区域呈现出总体东北高、西南低的趋势，次级地貌包括侵蚀低山地貌、剥蚀丘陵地貌、溶蚀与侵蚀谷地等堆积地貌。并且，受到华夏系与新华夏系构造的影响，山体与支架盆地、谷地呈现出北东方向分布展开的状态，山体与河谷的延伸方向多数与公路选线近于平行或斜交，局部正交[1]。

2.2 滑坡条件分析

本文研究路段属于中纬度亚热带季风气候，因此，环境气候温和，无霜期平均300天，降水量达到1760-2000毫米，年平均气温维持在20℃左右，夏季以及秋季伴有强热带风暴侵袭，风力可以达到7-8级，封堵为17米/秒。项目所在区域具有十分丰沛的雨量，并且地表水系发达，在加上地质构造运动等因素的影响，容易出现崩塌、塌方等危险。

2.3 排水情况分析

结合地质勘探人员在现场的钻探资料以及野外地质调绘成果来看，边坡主要包括第四系坡积粉质黏土和侏罗系粉砂岩及其风化层。项目区域内雨量丰沛，气候温和，地苗径流大，对坡面坡脚的冲刷也比较严重，大气降水是地下水的主要补给来源，地下水包括孔隙水以及基岩裂隙水两种类型，前者分部在第四系松散层中，季节的变化会影响孔隙含水量情况；后者分布而在岩石裂隙中，由于岩石的透水性与赋水性分布不均匀，水位埋深也会随着结节变化而变化，会出现局部富集的情况，地下水蒸发，侧向径流是主要的排泄方式，并且受季节的影响明显。

3 路基高边坡防护中预应力锚索框架梁的具体应用

上文对工程基本情况以地质、结构特点进行了简单分析，结合实际情况下面对路基高边坡防护中预应力锚索框架的具体应用进行分析：

3.1 施工工艺流程

施工的第一个步骤，就是对坡面进行全面、细致的清理，之后对坡面情节情况进行检查，合格之后，按照设计要求进行测量放线，确定锚索位置。之后按照钻孔、清孔、下锚、注浆、施工锚索、张拉、锁定等流程进行施工。图1为锚索（杆）框架防护施工工艺流程图。

图1 锚索（杆）框架防护施工工艺流程图

3.2 施工方法

由于施工环节多、施工环境复杂、施工标准高，因此，施工方法也相对繁琐，具体分析如下：

3.2.1 锚索编束制作

①在锚索编束制作的过程中，施工人员首先要做好锚索材料的筛选，本工程选择了Φ15.2mm、fpk=1860MPa的普通钢绞线，这种钢绞线强度高，并且具有低松弛预应力，其力学性能符合国家相关规定和标准。锚索下料长度是工作长度与设计长度之和，设计长度则以设计图所给的定值为基准，工作长度为1.5米，为了便于锁定和张拉，在完成张拉之后，要将多余的钢绞线切除，本次施工采用C30混凝土浇注锚头。

②锚索编束必须要确保每一束钢绞线都均匀排列，同时钢绞线还要保持平直、不交叉、不扭曲。这就要求在进行编束之前施工人员要对钢绞线进行全面、细致的检查，将钢绞线表面的油污、锈蚀处理掉，如果发现钢绞线有弯曲，或者是机械损伤等，应该将这些钢绞线挑选出来，排除不用[2]。

③锚索扩张还应该选择正规工厂生产的工程塑料环，锚索体钢绞线与扩张环的数量是相匹配，箍环要根据实际情况，选择薄铁皮或者钢扎丝为制成的产品，锚固段张环与金箍环之前的距离要控制在0.5米，而自由段与紧箍环之间的距离则应该控制为1.5米。

④在自由段的钢绞线上涂抹黄油，涂抹黄油之后使用PVC管套对自由段的钢绞线进行套紧，PVC管的两端要使用胶布裹上，这样可以避免注浆时浆液渗入到管的内部，PVC要采用耐磨性胶管，或者是高强PVC管。

3.2.2 钻孔

钻孔是预应力锚索框架梁施工的重要环节，在这个施工环节，施工人员要严格按照施工步骤进行，具体如下：

①测量定位：技术人员要测量定位这个环节中首先要对坡面进行检查，合格之后按照设计要求进行放线测定，确定孔的位置，孔位的误差不可以超过±2厘米，锚孔偏斜度则不能超过5%。

②钻机就位：在操作中施工技术人员使用地质罗盘仪或者量角器确定位置，钻杆与水平夹角的度数为20度，这样可以有效保证钻机支架的稳定性。

③钻孔机具：在本工程施工中采用了空压机供风，并使用潜孔钻机进行无水干钻成孔，必须禁止水冲成孔，使用的钻头直径不能比设计孔径小。

④钻孔深度：在本路段工程施工中为了确保锚孔深度，钻孔的深度必须要比设计深度高0.5米以上。

⑤特殊情况处治：由于地质结构、水文情况比较复杂，因此，在施工中不可避免有存在一些特殊情况，那么在这些特殊情况处理中钻孔速度要以钻机性能，以及锚固顶层的情况进行控制，避免钻孔出现形变导致的意外事故；如果地层松散，那么则要使用套管钻孔技术，如果是锁孔或者塌孔的情况，那么应该立即停止钻入，并及时注浆固壁，一直到水泥砂浆初凝之后，才能够重新进行扫孔钻进，怎样可以保障钻孔完整。

⑥锚孔清理；要做好锚孔清理工作，在清理时选择高压空气将孔内的杂物清理出来，包括岩粉以及积水，从而避免水泥砂浆降低与孔壁土体形成粘结强度。

⑦锚孔检验：要对锚孔进行全面的检查，现场检验才能够进入到下一个施工环节。

⑧钻孔记录：钻进的过程中要注意对锚索孔底层变化的观察和记录，包括钻进压力、速度、地下水情况、特殊情况的记录。

3.2.3 穿索

顺利完成如上施工环节，并做好锚孔检查之后，就可以完成编束的锚索传入锚孔之中。

3.2.4 注浆

注浆环节的施工不容忽视，在这个环节中，施工人员首先要进行注浆管加工，注浆管采用了直径为22厘米的PVC管，注浆的长度就是锚索计量的长度去掉10厘米；水泥材料的选用很关键，在本次施工中采用了普通的硅酸盐水泥，在进行注浆之前，严格按照设计强度进行配合比试验；完成钻孔之后，要使用高压空气清理孔中的积水和岩粉；锚索锚孔内进行水泥砂浆灌注，在施工中根据实际情况合理添加早强剂，如果需要添加早强剂，那也同样要进行专门的试验；在本次施工中采用了一次性注浆的方式，也就是在孔底注浆，注浆压力控制在0.5～1.0MPa，在注浆过程中需要从浆管底部缓慢抽出，在完成注浆之后则要仔细观察浆液回落的情况，如果出现回落，那么要及时进行补浆，注浆的整个过程中要针对注浆的情况做好记录；施工中如果底层比较软弱，那么为了能够有效提高锚固段的抗拔能力，则需要进行二次高压劈裂注浆。在一次注浆完成之后的1-2个小时之后进行二次注浆，注浆所使用的浆液选择M30纯水泥浆，注浆压力不能比1.5-2.0MPa低。二次注浆要在锚固段打孔，并且孔的间距为30厘米[3]，采用梅花的布置形式，之后使用工程胶布将孔封堵好。

3.2.5 张拉

在锚索体浆液初凝期到了15天或者20天左右的时候，锚梁混凝土强度比设计强度80%，则可以进行张拉，为了能够使框梁均匀手里，保障每个锚孔的张拉均匀。张拉作业之前要校对、标定张拉机具以及相关仪器，锚具采用与设计标准和施工要求相匹配的型号；要确保千斤顶与锚垫板紧密对贴，千斤顶轴线与锚孔、锚索体轴线要保持在同一个直线上，不能出现弯曲或者偏离的情况，承载要均匀，在需要的情况下增加垫片；为了保障钢绞线能够均匀受力，在完成张拉之前，必须要确保锚索是平直的，因此适合采用小千斤顶进行拉张，这样皆可以保障其平顺，又可以保障其受力均匀，在完成拉张之后，确保锚固体各部门可以紧密贴合；锚索张拉通常范围5个级别，除了最后一级需要将实践控制在20-40分钟外，其他的每个级别都要控制在2-5分钟，在这个过程中要做好记录，包括猫头位移、锚座变形以及油表读书变化等；锁定锚索之后进行标记，施工人员要观察三天，确保没有问题后，才能够进行钢绞线的切割，最后使用水泥注浆的方式将锚垫和锚图各部分的空隙填满。

3.2.6 钢筋砼框梁施工

基础底面处理：基底用2～5cm厚水泥砂浆找平，遇边坡有局部超挖较大悬空处采用浆砌片石嵌补。设计截面尺寸为40cm×40cm，采用C30砼浇筑，框架梁入土深度为30cm；钢筋制安、砼浇筑和养护；钢筋的制作、绑扎，下料、弯制、焊接必须按设计或有关技术规范要求施作；砼浇注时必须用振动棒振捣密实，尤其是锚孔周围，钢筋较密集，应仔细振捣，保证质量。砼浇筑完成后，及时用草袋覆盖洒水养生至张拉龄期；锚索地梁浇筑砼前，必须将锚具中的螺旋钢筋、钢套管和锚垫板按设计要求固定在纵梁钢筋上，方向与锚孔方向一致，摆放平整；锚索框架按设计分片施工，相邻两片框架横梁接触处留2cm宽伸缩缝，用沥青麻筋填塞，填塞深度为10cm。

4 预应力锚索框架梁施工质量与安全管控

除了上文的具体施工技术与施工环节外，在本次工程施工中还应该做好质量与管理管控，具体分析如下：

4.1 施工质量控制

4.1.1 注重钢筋制作绑扎质量

预应力锚索框架施工中钢筋制作与绑扎质量控制非常关键，比如，在锚索钢筋混凝土框架浇筑时，要尤其关注钢筋制作、绑扎质量的控制，工程施工之前，必须要根据施工标注和要求进行采购，有关部门以及工程管理人员要根据工程实际需求采购钢筋、并在钢筋入场之前对现场进行清理，钢筋清洁之后进行绑扎，根据施工图纸进行专业绑扎，避免其与施工图纸不符。

4.1.2 合规的模板支护作业

预应力锚索框架在支护作业环节也要严加管控，施工人员以及管理人员要针对工程所使用的模板进行制作和安装，严格按照施工标准和要求进行作业，在保障混凝土浇筑质量的同时，加强模板强度的管控，尤其是在混凝土浇筑环节，必须要进行多次浇筑，均匀振捣，必然其出现变形的问题。同时，施工人员以及管理人员要时刻关注模具表面的光滑程度，尤其是接缝处要保持严丝合缝，在支模之前进行边线的划分和确定，同时做出明显表示，按照相关规定和要求促进施工的顺利进行；混凝土组合钢筋模、钢管夹条的品质必须要满足施工标准和要求，同时保障支模的稳定性和牢固性，在完成最后一次支模之后，再一次全面对现场进行清理，之后在进行相关养护。

4.1.3 构建完善的质量管理体系

质量管理的内容复杂、环节多，因此，需要全面、严格的质量管理体系作为支撑，具体分析如下：

4.1.3.1 质量管理组织机构

项目经理作为牵头者，将项目副经理、总工、质量检查人员、质量领导小组组织在一起，构建一个完整的质量管理组织机构，项目经理作为第一领导者，带领质量管理组织竹结构对工程中质量进行监督管理，在管理中分工明确，各部门需要管理的内容要落实清晰，责任落实到位，确保质量管理工作能够在各个施工环节得到落实。

另外，健全施工质量管理体系为工程顺利实施奠定良好的基础。施工企业应以实际情况为基础健全完善施工质量体系。比如健全工程管理体系，完善工程建设程序，为工程建设规范发展奠定良好的基础。与此同时，建立施工建立制度和准入证，规范管理模式，做好工程全面管理工作。建立完善的工程竣工验收制度和备案制度，最大程度提高施工质量控制效果，将责任落实到个人，以此明确工作人员责任、职责和范围，保证顺利开展施工质量控制工作。

4.1.3.2 控制原材料质量

施工单位采购工程需要的原材料如水泥和钢筋等材料时应以我国对施工材料方面的要求为基础选择国家认可的实验室进行检验，保证施工中应用的材料与施工要求相符合。比如检验钢筋时需要检查钢筋承载力和抗弯强度，详细认真记录下检查的结果，同时做好焊接接头试验工作，确保质量合格且实验室给出合格后方可采购材料。此外，工程施工中包含较多的材料，为了最大程度避免施工中存在浑水摸鱼的问题，施工方可通过抽样检查的方法确保与施工要求相符合。

4.1.3.3 混凝土施工控制要点

混凝土施工是本工程施工的重要环节，施工中要加强对这个环节的质量管控，结合工程实际情况，混凝施工控制要点如下：锚斜托的承力面应平整，且与锚索受力方向垂直；锚索地梁或框架强度满足设计要求，外观上顺直、美观，无麻面；框架地梁砼强度满足设计要求、框架地梁断面尺寸满足设计要求。

4.1.4 加大管理人员培训力度

优秀的管理人员是顺利开展工程的关键。管理者的素养包含较多的内容，除了包含优秀职业技能素质之外还包含管理者在综合管理者的能力体系，严重缺乏多功能复合型人才。工程建设中每个管理人员都应该具有广泛的阅历、丰富的施工管理经验和专业的成绩。企业应加大力度培训管理人员，增强管理人员责任意识，提高其综合素质；同时，提高施工管理人员施工技能，这是管理者顺利做好施工管理的关键。此外，培训的过程中完善人才选拔制度，逐步调整人员机构，实现优胜劣汰的目标。

4.2 施工安全控制

4.2.1 安全生产责任体系

在本案例工程施工的过程中，为了全面保障施工安全，必须要建立完善的安全生产责任体系，在施工中坚持安全生产，并坚持“管业务必须管安全”“管生产必须管安全”“谁主管谁负责”的原则，将预防和治理同时推进，引入信息化的管控手段，对可能存在的安全隐患进行预测和分析，实现动态化管理和控制，安全生产面向全体成员，实现全员覆盖，全过程管理。图2为安全生产领导小组。

图2 安全生产领导小组

4.2.2 安全生产制度体系

工程施工需要完善的法律、法规作为支持，在施工前相关管理人员要建立清单，根据国家有关规定以及法规等制定相关的安全生产管理制度，全员要参与到安全责任制之中，通过科学的考核奖惩制度、安全会议制度、安全风险识别等，对安全级别进行评估。同时，制定劳动用工实名等级制度、劳动防护用品配备与施工机械设备安全管理制度，有项目负责人负责带班管理，将安全生产的各项制度落实到位，同时，做好相关的教育培训工作。

4.2.3 风险控制体系

4.2.3.1 风险辨识与评估

在正式开始施工之前，项目总工应该做好工程技术、质量、安全与物资各部门的组织工作，将这些部分的人员组织起来，按照相关规定和标准，全方位、全过程识别项目中存在的安全风险，并对可能存在的风险进行评估，从而确定安全风险等级之后，建立重大风险源清单。项目部门要随时关注风险源变化，并且定期进行安全风险识别与评估，同时做好风险等级的评估与管理控制。

4.2.3.2 风险告知

项目部要制定岗位安全风险告知卡以及相关的岗位安全手册，将安全风险管控意识落实到基层群体之中，将可能发生的风险隐患、事故后果预测出来，做好应急措施的制定，建立专门的部门和工作人员对施工安全进行指导和监督。项目部门应该在重大风险源场所设置明显的安全警示标志以及告知牌，提示人们注意安全，避免安全事故的发生。

4.2.3.3 风险预控

风险预控也不是一个必不可少的环节，项目部门应该根据风险源对结论进行评估，并以此为参考制定完善的施工方案，进行动态管控与检测，随时掌握项目重存在的风险以及变化动态，对经评估确定的重大风险源，应按照“一源一档”要求，建立专项管理台账，定期进行分析、评估、预警、预控，把安全风险控制在可防、可控的范围。

5 结束语

随着经济的发展以及交通事业的繁荣，公路工程施工建设规模也在不断扩大，相应的施工技术也更加完善。应力锚索框架梁是一种有效的边坡加固防护技术，不仅可以大大提高高速公路边坡稳定性、可靠性，也可以保障公路工程施工质量。本文以实际工程为例，对工程施工特点、地质条件、技术要点等进行分析，从中可以发现在施工中要通过专业的锚孔测放施工以及科学合理的管控，确保钢筋捆扎质量，以及缓凝土浇筑质量。同时，做好质量管控与安全管理，以此推进我国公路工程事业的繁荣发展。